数据类型 (Data Types)

OpenGL Shading Language（GLSL）定义了多种数据类型，也定义了用户自定义类型的手段。

基本类型

基本类型是 GLSL 中最基础的类型，非基本类型是这些基础类型的聚合。

INFO

本文档会提及双精度类型，这些仅在 OpenGL 4.0 或 ARB_gpu_shader_fp64 可用时可用。

标量类型

类型	说明
`bool`	布尔类型，值为 `true` 或 `false`
`int`	有符号 32 位二进制补码整数
`uint`	无符号 32 位整数
`float`	IEEE-754 单精度浮点数
`double`	IEEE-754 双精度浮点数

WARNING

GLSL 1.30 及以上版本才有上述具体的整数和浮点大小和格式规范。

向量类型

每种标量类型都有 2、3、4 分量的向量版本。其中 n 可以是 2、3 或 4：

类型	说明
`bvecn`	布尔向量
`ivecn`	有符号整数向量
`uvecn`	无符号整数向量
`vecn`	单精度浮点向量
`dvecn`	双精度浮点向量

向量值可以使用与标量值相同的数学运算符，这些运算符对每个分量执行逐分量操作。

分量访问（Swizzling）

可以使用以下语法访问向量的分量：

glsl

vec4 someVec;
someVec.x + someVec.y;

这被称为分量访问（swizzling）。可以使用 x、y、z、w，分别引用第一、第二、第三和第四个分量。

glsl

vec2 someVec;
vec4 otherVec = someVec.xyxx;
vec3 thirdVec = otherVec.zyy;

最多可以使用 4 个字母的任意组合创建该长度的向量（相同基本类型）。

分量访问也适用于左值：

glsl

vec4 someVec;
someVec.wzyx = vec4(1.0, 2.0, 3.0, 4.0); // 反转顺序
someVec.zx = vec2(3.0, 5.0);

WARNING

使用分量访问设置值时，不能使用相同的分量两次。如 someVec.xx = vec2(4.0, 4.0); 是不允许的。

有三组分量掩码：xyzw、rgba（用于颜色）、stpq（用于纹理坐标）。这三组没有实际区别，只是语法糖。不能在单次分量访问操作中混合使用不同组的名称。

OpenGL 4.2 或 ARB_shading_language_420pack 起，标量也可以分量访问：

glsl

float aFloat;
vec4 someVec = aFloat.xxxx;

矩阵类型

所有矩阵类型都是浮点类型，可以是单精度或双精度。其中 n 和 m 可以是 2、3 或 4：

类型	说明
`matnxm`	n 列 m 行的矩阵（注意与数学约定相反！）
`matn`	`matnxn` 的简写，n×n 方阵

双精度矩阵使用 dmat 前缀（如 dmat4x4）。

OpenGL 以列主序（column-major）格式存储矩阵——即元素在列中连续存储。

分量访问不适用于矩阵。可以使用数组语法访问矩阵字段：

glsl

mat3 theMatrix;
theMatrix[1] = vec3(3.0, 3.0, 3.0); // 设置第二列为全 3.0
theMatrix[2][0] = 16.0; // 设置第三列第一个元素为 16.0
theMatrix[1].yzx = vec3(3.0, 1.0, 2.0); // 第一个数组访问结果是向量，可以分量访问

不透明类型

不透明类型（Opaque Types）表示着色器以某种方式引用的外部对象。不透明变量没有与常规类型相同的"值"；它们是引用真实数据的标记。

不透明类型变量只能以两种方式之一声明：

作为全局作用域的 uniform 变量
作为 in 限定的函数参数

不透明类型不能是左值。

采样器

采样器类型是表示绑定到 OpenGL 上下文的纹理的不透明 GLSL 类型。每种纹理类型都有对应的采样器类型。

详见采样器。

图像

图像变量引用存储在纹理中的特定类型图像，用于着色器内的任意加载/存储操作。

原子计数器

原子变量表示缓冲区对象中可以进行原子操作的内存位置。

隐式转换

某些值可以隐式转换为某些类型：

有符号整数可以隐式转换为无符号整数（反之不行）
任一整数类型可以转换为浮点数
整数和浮点数可以转换为双精度

如果向量或矩阵包含的基本类型可以隐式转换，则它们也可以隐式转换。

数组

基本类型可以分组为元素序列，称为数组。通常必须用常量表达式初始化的大小来声明数组。

glsl

uniform float myValues[12];

myValues.length(); // 返回 12

调用 length() 函数产生常量表达式，除非变量是存储块中最后一个成员的无大小数组。

不透明数组

在 GLSL 3.30 中，采样器数组只能通过编译时常量表达式访问。

在 GLSL 4.00 及以上，访问不透明值的数组索引可以是非常量，但必须是动态一致的：

glsl

uniform sampler images[10];
uniform int imageCount;

void main()
{
  vec4 accum = vec4(0.0);
  for (int i = 0; i < imageCount; i++)
  {
    accum += texture(images[i], ...);
  }
}

多维数组

OpenGL 4.3 或 ARB_arrays_of_arrays 起，可以声明多维数组：

glsl

uniform vec3 multidim[5][2]; // 5 个元素的数组，每个元素是 2 个 vec3 的数组
uniform vec3[5][2] multidim1; // 等价写法

WARNING

数组在变量名上从左到右读取，然后类型名上的数组从左到右读取。所以 vec3[5] multidim2[2] 是 2 个元素的数组，每个元素是 5 个 vec3 的数组。

结构体

结构体定义方式与 C++ 类似：

glsl

struct Light
{
  vec3 eyePosOrDir;
  bool isDirectional;
  vec3 intensity;
  float attenuation;
} variableName; // 可选的变量声明

WARNING

GLSL 不支持匿名结构体（没有类型名称的结构体），结构体必须至少有一个成员声明。结构体不能在另一个结构体内定义，但可以使用之前定义的结构体作为成员。

结构体可以包含不透明类型，但此类结构体只能用于不透明类型可用的方式。

结构体字段使用标准的 "." 语法访问。

构造函数和初始化器

几乎所有类型的变量都可以用初始值初始化。例外包括：

输入或输出限定变量
任何不透明类型的变量
接口块中声明的变量

字面值

字面值是写入着色器中的值：

布尔字面值：true、false
整数字面值默认为 int 类型，使用 u 或 U 后缀表示 uint
浮点字面值默认为 float 类型，使用 f 或 F 后缀
双精度字面值使用 lf 或 LF 后缀（GLSL 4.00+）

整数字面值可以使用八进制（前缀 0）或十六进制（前缀 0x）表示。

构造函数

复杂类型使用构造函数初始化：

glsl

typename(value1, value2, ...)

转换构造函数

基本标量类型构造函数可用于类型转换：

转换	说明
从 `bool`	`false` → 0/0.0，`true` → 1/1.0
到 `bool`	0/0.0 → `false`，其他 → `true`
`int` ↔ `uint`	保证保留位模式（可能改变符号）

向量构造函数

向量可以从单个值构造（所有分量都设为该值）：

glsl

vec3(1.0) == vec3(1.0, 1.0, 1.0);

也可以从其他向量或标量组合构造：

glsl

vec4(vec2(10.0, 11.0), 1.0, 3.5);
vec3(vec4(1.0, 2.0, 3.0, 4.0)); // 截取前三个分量
vec4(vec3(1.0, 2.0, 3.0)); // 错误：分量不足

矩阵构造函数

单个标量值：对角线初始化为该值，其余为 0。mat4(1.0) 是 4×4 单位矩阵
多个值：按列主序填充

glsl

mat2(
  float, float,   // 第一列
  float, float);  // 第二列

mat4(
  vec4,           // 第一列
  vec4,           // 第二列
  vec4,           // 第三列
  vec4);          // 第四列

矩阵可以从另一个矩阵构造，对应元素被复制，未填充值使用单位矩阵填充。

数组构造函数

glsl

const float array[3] = float[3](2.5, 7.0, 1.5);
// 大小可省略
const float array[] = float[](2.5, 7.0, 1.5);

结构体构造函数

按定义顺序填充值：

glsl

struct Data
{
  float first;
  vec2 second;
};

Data dataValue = Data(1.4, vec2(16.0, 22.5));

初始化列表

GLSL 4.2 或 ARB_shading_language_420pack 起，可以使用初始化列表：

glsl

Data dataArray[3] = {
  {1.0, {-19.0, 4.5}},
  {-3.0, {2.718, 2.0}},
  {29.5, {3.142, 3.333}}
};

编译器会自动推导类型。初始化列表可以用于初始化任何类型，包括标量值。

接口块

使用 input、output 或 uniform 类型限定符的变量组可以分组为命名块。详见接口块。

数据类型 (Data Types) ​

基本类型 ​

标量类型 ​

向量类型 ​

分量访问（Swizzling） ​

矩阵类型 ​

不透明类型 ​

采样器 ​

图像 ​

原子计数器 ​

隐式转换 ​

数组 ​

不透明数组 ​

多维数组 ​

结构体 ​

构造函数和初始化器 ​

字面值 ​

构造函数 ​

转换构造函数 ​

向量构造函数 ​

矩阵构造函数 ​

数组构造函数 ​

结构体构造函数 ​

初始化列表 ​

接口块 ​

数据类型 (Data Types)

基本类型

标量类型

向量类型

分量访问（Swizzling）

矩阵类型

不透明类型

采样器

图像

原子计数器

隐式转换

数组

不透明数组

多维数组

结构体

构造函数和初始化器

字面值

构造函数

转换构造函数

向量构造函数

矩阵构造函数

数组构造函数

结构体构造函数

初始化列表

接口块